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Die
Erfindung betrifft eine Phasenplatte für eine elektronenoptische Bildgebung,
bei der an einem Objekt der Elektronenstrahl in einen Nullstrahl und
gebeugte Elektronenstrahlen aufgespalten wird, wobei die Phasenplatte
als Elektrode ausgebildet ist, um mittels eines durch eine Spannung
erzeugten elektrischen Feldes eine Phasenverschiebung des Nullstrahls
zu bewirken, um durch dessen Interferenz mit gebeugten Elektronenstrahlen
ein kontrastreiches Bild zu erzielen.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Bilderzeugungsverfahren, bei dem
ein elektronenoptisch erzeugtes Bild, bei dem Bildinformationen
aufgrund einer partiellen Abschattung des Strahlengangs gebeugter
Strahlen verloren gegangen sind, dadurch rekonstruiert wird, daß die mit
den verlorenen Bildinformationen identischen, zum Nullstrahl zentralsymmetrisch
gegenüberliegenden
Bildinformationen herangezogen werden.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Elektronenmikroskop, bei dem
eine Phasenplatte der oben genannten Art in der Objektivbrennebene
des Nullstrahls angeordnet ist.
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Wie
in der Lichtmikroskopie sind auch in der Elektronenmikroskopie viele
Objekte für
den Strahl nahezu transparent, so daß bei konventioneller Abbildung
nur wenig Amplitudenkontrast entsteht. Beide Strahlenarten erfahren
beim Durchgang durch das Objekt aber eine von der Struktur des Objekts abhängige ortsveränderliche
Phasenverschiebung. Der Strahl spaltet sich hierdurch im Objekt
in einen ungebeugten sogenannten Nullstrahl und in abgebeugte Strahlen
mehrerer Beugungsordnungen auf.
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Beaufschlagt
man den Nullstrahl mit einer Phasenverschiebung, bevorzugt 90°, so wird
bei der Wiederüberlagerung
des Nullstrahls mit den abgebeugten Strahlen in der Bildebene die
Phasenmodulation des Objekts in einen starken Amplitudenkontrast
umgewandelt. Dies ist der bekannte Phasenkontrast (siehe z. B. Reimer,
Transmission Electron Microscopy, S. 199 ff, Berlin, Heidelberg,
New York 1984). Für
eine solche Phasenverschiebung nutzt man die Tatsache, daß die Strahlen
in der Brennebene des Objektivs verschiedene Brennpunkte bilden, so
daß in
der Brennebene für
den Nullstrahl dieser einen zentralen Brennpunkt bildet und von
den Brennpunkten der gebeugten Strahlen der verschiedenen Beugungsordnungen,
beginnend mit der Beugung erster Ordnung umgeben wird, die im Wesentlichen in
der gleichen Brennebene liegen. Diese Tatsache kann man dazu nutzen,
eine Phasenverschiebung entweder des Nullstrahls oder der gebeugten
Strahlen herbeizuführen,
um den Phasenunterschied aufzuheben, damit sich die Amplituden verstärken. Dabei
geht die Erfindung von einer Phasenverschiebung des Nullstrahls
aus.
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Im
Gegensatz zur Lichtoptik besteht bei Elektronenstrahlen jedoch das
Problem, daß es
für sie
keine transparente Platte gibt, die eine Phasenplatte tragen kann.
Zur Lösung
dieses Problems wurden daher Phasenplatten der eingangs genannten Art
vorgeschlagen, die sich jedoch bezüglich der konkreten Ausgestaltungen
unterscheiden, welche nachfolgend erörtert werden. Zu allen Phasenplatten
dieser Art ist noch anzumerken, daß es technisch nicht realisierbar
ist, allein den Nullstrahl zu erfassen, da ein elektrisches Feld
im Nanometerbereich erforderlich wäre, was mit den derzeitigen
technischen Möglichkeiten
nicht erzeugt werden kann. Darum werden je nach Ausgestaltung der
jeweiligen Phasenplatte zumindest wenige niedrige Beugungsordnungen
miterfaßt.
Der Begriff „Phasenplatte", welcher aus der Lichtmikroskopie
stammt, wird im Bereich der Elektronenmikroskopie – da es
sich meist nicht um plattenförmige
Bauteile handelt – eher
symbolisch verwendet und beinhaltet die Bauteile, die zur Erzielung der
Phasenverschiebung erforderlich sind.
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Von
der
EP 0 782 170 A2 wird
eine Phasenplatte und ein Elektronenmikroskop vorgeschlagen, bei
der eine ringförmige
Elektrode vorgesehen ist, welche eine Bohrung im Bereich des Nullstrahls
aufweist, in der sie das phasenverschiebende elektrische Feld erzeugt.
Die ringförmige
Elektrode ist an gegenüberliegenden
Seiten an Haltearmen angebunden, die sich zum Gehäuse des
Elektronenmikroskops erstrecken. Eine solche Phasenplatte hat mehrere
Nachteile: Zunächst
schirmt der Ring, der aus mechanischen und Fertigungsgründen eine
gewisse Abmessung aufweisen muß,
Strahlen in der Nähe des
Nullstrahls ab. Da es sich dabei jedoch um die gebeugten Strahlen
der höchsten
Intensität
handelt, gehen sehr viele Strahlen für die Kontrastbildung verloren.
Weiterhin muß die Öffnung des
Rings sehr klein sein, um nicht zu viele der niedrigen Beugungsordnungen
in die Phasenverschiebung einzubeziehen, da diese dann für die Kontrastbildung
ebenfalls verlorengehen. Dies hat jedoch wiederum zur Folge, daß diese
kleine zentrale Bohrung sehr rasch verschmutzen und durch Kontamination
zuwachen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Haltearme
für den
Ring durch den Strahlengang der Strahlen höherer Beugung hindurch verlaufen,
so daß auch
hier eine Abschattung und damit ein Informationsverlust eintritt.
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Zur
Lösung
des letztgenannten Problems wurde von der
DE 102 06 703 A1 eine Phasenplatte und
ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei die
Ringelelektrode von Haltearmen gehalten wird, die nicht zentralsymmetrisch
angeordnet sind, so daß es
keine Abschattungen durch Arme gibt, die sich bezüglich des
Nullstrahls, der durch die Bohrung der Ringelektrode hindurchgeht,
um 180° versetzt
gegenüberliegen.
Dies ermöglicht
es, die Abschattungen der Haltearme durch ein Bilderzeugungsverfahren
der eingangs genannten Art zu rekonstruieren. Dabei bleiben jedoch
die oben genannten Probleme mit der Ringelelektrode ungelöst, insbesondere
erstreckt sich deren Abschattung über den Bereich eines um die
optische Achse verlaufenden Rings, was insoweit jegliche Rekombinationsmöglichkeit
der genannten Art ausschließt.
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Aus
der
DE 10 2005
040 267 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Phasenplatte
der vorgenannten Art mit Ringelektrode bekannt, die durch Schichten
in Sandwichbauweise aufgebaut und dann mit der Bohrung für die Ringelektrode
versehen wird. Letztere weist jedoch auch hier die oben genannte Abschattung
auf.
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Bei
einem Vorschlag der
JP
2006162805 A geht es darum, die Adhäsion von Schutzteilchen an einer
Phasenplatte durch elektrostatische Kräfte zu verhindern. Dazu wird
ein entsprechender Schichtaufbau einer Phasenplatte vorgeschlagen. Diese
Gestaltung der Phasenplatte hat jedoch mit der oben genannten Frage
einer Bildrekombination durch zentralsymmetrisch gegenüberliegende
Bildinformationen nichts zu tun.
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Durch
einen weiteren Vorschlag der
EP 0 782 170 A2 wird auf die Ringsruktur
der Elektrode verzichtet, womit auch die vorgenannten Probleme mit
der Ringelelektrode entfallen. Dieser Vorschlag gemäß
3 und
der zugehörigen
Beschreibung entspricht der Phasenplatte der eingangs genannten Art.
Für die
Frage, wie dann eine solche Elektrode aussehen soll, wird nur ein
einziger Vorschlag gemacht, der darin besteht, einen Leiter unmittelbar tangential
an dem Nullstrahl vorbeizuführen.
Damit das von diesem Leiter ausgehende elektrische Feld möglichst
nur den Nullstrahl erfaßt,
wird in
3 und der zugehörigen Beschreibung
vorgeschlagen, ihn mit einer Isolierschicht und einer geerdeten
Abschirmungsschicht zu umgeben, welche im Bereich des Nullstrahls
um den Umfang des gesamten Leiters herum entfernt ist, so daß dort ein
elektrisches Feld zwischen dem Leiter und den beiden kreisringförmigen Enden
der Abschirmungsschichten entsteht, welches an einer Seite des Leiters
den Nullstrahl erfaßt.
Dabei bestehen zwar nicht mehr die oben genannten Probleme mit der
Ringelektrode, jedoch besteht weiterhin das Problem, daß der abgeschirmte
Leiter durch den gesamten Strahlengang der gebeugten Strahlen hindurchgeht
und eine entsprechend große
Abschattung erzeugt. Vor allem ist aber dieser Leiter mit Isolation
und Abschirmung gegenüber
dem Brennpunkt des Nullstrahls so wenig versetzt, daß auch hier
zentralsymmetrisch zum Brennpunkt des Nullstrahls um 180° versetzte
Bereiche abgeschattet sind. Abgesehen davon, daß die
EP 0 782 170 A2 keine Rekombination
vorschlägt,
ist eine solche aufgrund der vorgenannten Tatsache nicht möglich. Als
weiteres Problem kommt bei diesem Vorschlag hinzu, daß der Leiter
auch auf der dem Nullstrahl abgewandten Seite ein elektrisches Feld
erzeugt, da er auch dort ohne Abschirmung freiliegt. Dies führt dazu,
daß dort
verlaufende gebeugte Strahlen ebenfalls phasenverschoben werden
und damit für
eine Amplitudenverstärkung
nicht mehr zur Verfügung
stehen.
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Schließlich wird
von der
DE 102 00
645 A1 vorgeschlagen, eine Aperturblende vorzusehen, welche
eine ringförmige
Phasenplatte trägt,
die sich entlang der Blendenbegrenzung als schmaler Rand erstreckt
und beispielsweise als ringförmige
Elektrode mit einer Innenelektrode und äußeren Erdelektroden ausgebildet
ist. Als Alternative ist diese ringförmige Phasenplatte von der
Aperturblende nach innen versetzt und durch Arme gehalten. Damit
der Nullstrahl in den Bereich des Feldes dieser Elektrode kommt, wird
der Strahlengang entsprechend gekippt. Damit ist zwar das Problem
gelöst,
daß es
keine kleine Bohrung gibt, die verschmutzen oder durch Kontamination
zuwachsen kann. Andererseits muß man
den Aufwand betreiben, den Strahlengang entsprechend um einen exakten
Winkel zu kippen. Bei der ersten Ausführungsform schneidet die Aperturblende
durch ihre Bogenform mehr als die Hälfte der gebeugten Strahlen
weg, was eine Kombination der vorgeschlagenen Lösung mit der oben dargestellten
Bildrekonstruktion ausschließt.
Bei der zweiten Ausführungsform
liegt zwar die Aperturblende außerhalb
des Strahlengangs, jedoch wirkt das ringförmige Feld – dies ist auch bei der ersten
Ausführungsform
der Fall – nicht nur
auf den Nullstrahl, sondern auch in Bögen durch den gesamten Strahlengang
der verschiedenen Beugungsordnungen hindurch bis zum Rand des Strahlengangs.
Durch diese Ausgestaltung des elektrischen Feldes ist der davon
beeinflußte
Teil der gebeugten Strahlen durch die mittels des Feldes erzeugte
Phasenverschiebung nicht mehr für
eine Amplitudenverstärkung
verwendbar. Außerdem
ist auch eine Rekombination des Bildes nicht möglich, weil das Feld Bereiche
erfaßt,
die zum Nullstrahl um 180° gegenüberliegen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Phasenplatte und
ein Elektronenmikroskop verfügbar
zu machen, bei denen die Abschattungen durch die Phasenplatte auf
ein Minimum reduziert sind und keinerlei Abschattungen auftreten, welche
sich nicht rekonstruieren lassen. Bezüglich des Bilderzeugungsverfahrens
besteht die Aufgabe darin, eine vollständige Rekombination des Bildes
zu ermöglichen.
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Bezüglich der
Phasenplatte der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch
gelöst,
daß die Elektrode
als abgeschirmter Leiter ausgebildet ist, der von einer Befestigung
im Wesentlichen sich radial in Richtung des Bereichs des Nullstrahls
erstreckend anordenbar ist, wobei der abgeschirmte Leiter vor dem
Bereich des Nullstrahls ein Ende aufweist, derart, daß zwischen
dem Leiter und der ihn umgebenden Abschirmung ein Feld gebildet
wird, das diesen Bereich erfaßt.
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Bezüglich des
Bilderzeugungsverfahrens der eingangs genannten Art wird die Aufgabe
dadurch gelöst,
daß durch
die Verwendung einer vollständig auf
einer Seite des Nullstrahls liegenden Phasenplatte, die der Erzeugung
einer Phasenverschiebung desselben dient, eine vollständige Rekonstruktion des
Bildes erfolgt.
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Bezüglich des
Elektronenmikroskops der eingangs genannten Art wird die Aufgabe
dadurch gelöst,
daß die
Elektrode als abgeschirmter Leiter ausgebildet ist, der sich von
einer Befestigung ausgehend im Wesentlichen radial in Richtung des
Bereichs des Nullstrahls erstreckt, wobei der abgeschirmte Leiter
vor dem Bereich des Nullstrahls ein Ende aufweist, derart, daß ein zwischen
Abschirmung und Leiter gebildetes Feld diesen Bereich erfaßt.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß das elektrische Feld von
einem Leiterende möglichst
geringen Ausmaßes
erzeugt wird, das durch einen Isolator getrennt von einer geerdeten ebenfalls
leitenden Umhüllung
umgeben ist. Auf diese Weise läßt sich
zwischen dem Leiter und der umhüllenden
Abschirmung ein elektrisches Feld sehr kleinen Ausmaßes erzeugen,
um neben dem Nullstrahl sowenig gebeugte Strahlen wie möglich durch das
Feld zu erfassen oder abzuschirmen, womit möglichst viele, in der Nähe des Nullstrahls
befindliche, intensitätsstarke
gebeugte Strahlen für
die Kostrastbildung nutzbar bleiben. Neben diesem Vorteil bietet
die erfindungsgemäße Phasenplatte
die Möglichkeit,
das elektrische Feld nur von einer Seite an den Nullstrahl heranzuführen, so
daß es
zu keiner Abschattung von Bereichen kommt, welche sich bezüglich des
Nullstrahls um 180° gegenüberliegen. Die
erfindungsgemäße Phasenplatte
ermöglicht
auf diese Weise ein Bilderzeugungsverfahren mit einer vollständigen Rekonstruktion
des Bildes. Bezüglich weiterer
konkreter Ausgestaltungen des Bilderzeugungsverfahrens wird auf
Vorveröffentlichtes,
insbesondere auf die
DE
102 06 703 A1 verwiesen. Erfindungsgemäß ist mit diesem Verfahren
erstmals eine vollständige
Bildrekonstruktion möglich.
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Damit
ist auch ein Elektronenmikroskop verfügbar, das durch die Ausstattung
mit der erfindungsgemäßen Phasenplatte
und einem Bilderzeugungsverfahren, das die Abschattung dieser Phasenplatte vollständig rekonstruiert,
kontrastreiche Bilder semitransparenter Objekte liefert, ohne daß Bildbereiche durch
die Abschattung hinsichtlich ihrer Qualität beeinträchtigt sind.
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Eine
Weiterbildung der Phasenplatte sieht vor, daß der als Innenelektrode dienende
Leiter an seinem Ende gegenüber
der ihn umgebenden Abschirmung leicht zurückversetzt ist. Auf diese Weise ist
es möglich,
das erzeugte Feld noch enger zu begrenzen und dadurch neben dem
Nullstrahl noch weniger gebeugte Strahlen zu erfassen. Dadurch gehen letztere
für eine
Interferenzbildung mit dem Nullstrahl nicht verloren und die Bilder
werden noch kontrastreicher.
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Da
zwischen Leiter und Abschirmung normalerweise ein Isolator angeordnet
ist, kann es zweckmäßig sein,
daß der
Isolator gegenüber
dem Leiter und der Abschirmung zurückversetzt ist. Auf diese Weise
kann vermieden werden, daß der
Isolator durch eine Strahlung aufgeladen wird, was nicht nur die
Erzeugung des Feldes stört,
sondern unter Umständen
auch dazu führen
kann, daß die
Stabilität des
Nullstrahle gestört
wird. Eine Aufladung des Isolators kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch
dadurch vermieden werden, daß der
Isolator eine Restleitfähigkeit
aufweist, die derart bemessen ist, daß eine mögliche Aufladung derart abgeleitet
wird, daß eine
Störung
des Feldes und/oder eine Ablenkung des Nullstrahls ausgeschlossen
ist.
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Ein
weiterer Vorschlag besteht darin, daß die Elektrode durch einen
Träger
gehalten ist. Um das elektrische Feld möglichst klein zu halten, ist
es erforderlich, die Elektrode mit Leiter, Isolator und Abschirmung
mit einem möglichst
geringen Querschnitt auszubilden, wobei die kleinste technisch mögliche und wirtschaftlich
noch vertretbare Abmessung angestrebt wird. Damit reicht die Steifigkeit
nicht mehr aus, damit sich die Elektrode selbst trägt. Die
Halterung durch den Träger
dient deshalb dazu, daß die Elektrode
mit möglichst
geringem Querschnitt ausgebildet werden kann.
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Damit
der Träger
nicht energiereiche Strahlen niedriger Beugungsordnung abschirmt,
ist es zweckmäßig, wenn
die Elektrode am vorderen Ende des Trägers so weit übersteht,
wie dies aufgrund ihrer Steifigkeit und damit Eigentragfähigkeit
möglich
ist. Diesem Zweck dient auch ein Querschnitt des Trägers, der
sich von außen
nach innen verjüngt.
Auf diese Weise wird die Abschirmung dort am geringsten gehalten,
wo sie am meisten Strahlenintensität wegnimmt, und gleichzeitig
weist der Träger
dort einen größeren Querschnitt
auf, wo dies aus statischen Gründen
erforderlich ist.
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Da
die Elektrode mit ihrem Ende, an dem das elektrische Feld gebildet
wird, nur einen äußerst geringen
Abstand zum Nullstrahl aufweisen sollte, um nur diesen zu erfassen,
ist es zweckmäßig, wenn Vorkehrungen
getroffen werden, die eine jederzeitige Nachjustierung möglich machen.
Zu diesem Zweck wird als Weiterbildung der Phasenplatte vorgeschlagen,
daß die
Elektrode mit einer Stellmechanik ausgestattet ist, mittels der
das Ende des abgeschirmten Leiters zum Bereich des Nullstrahls einstellbar
ist. Zum selben Zweck kann zusätzlich
oder alternativ vorgesehen sein, daß der Elektrode eine Strahlablenkungsvorrichtung
in Strahlrichtung vorgeordnet ist, durch welche der Nullstrahl derart
ablenkbar ist, daß er
sich in Relation zum elektrischen Feld positionieren läßt.
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Bezüglich des
o. g. Bilderzeugungsverfahrens ist als zweckmäßige Weiterbildung vorgesehen, daß der Bildkontrast
erfaßt
wird und daß das
elektrische Feld bezüglich
Stärke
und/oder seiner Positionierung in Relation zum Nullstrahl bis zur
Erzielung eines optimalen Bildkontrasts verändert werden. Das Verfahren
wird dabei zweckmäßigerweise
mittels einer entsprechenden Regeleinrichtung durchgeführt. Dabei
wird das elektrische Feld mittels des entsprechenden Spannungspotentials
eingestellt. Die Relation zwischen dem elektrischen Feld und dem
Nullstrahl kann entweder dadurch eingestellt werden, daß die Phasenplatte
mit ihrem das Feld erzeugenden Ende zur Optimierung der Phasenverschiebung positioniert
wird. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, daß der
Nullstrahl zur Optimierung der Phasenverschiebung in Relation zum
Feld durch Ablenkung positioniert wird.
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Das
Elektronenmikroskop kann mit einer Phasenplatte ausgestattet sein,
die alle vorgenannten Weiterbildungen aufweist. Weiterhin kann das Elektronenmikroskop
derart ausgestaltet sein, daß es
nach allen Weiterbildungen des vorgenannten Bilderzeugungsverfahrens
arbeiten kann. Insbesondere kann das Elektronenmikroskop entsprechend
der vorbeschriebenen Phasenplatte mit einer Stellmechanik für die Elektrode
ausgestattet sein, mittels der das Ende des abgeschirmten Leiters
zum Bereich des Nullstrahls einstellbar ist. Alternativ oder gleichzeitig
kann vorgesehen sein, daß das
Elektronenmikroskop eine der Elektrode vorgeordnete Strahlablenkungsvorrichtung
aufweist, durch welche der Nullstrahl derart ablenkbar ist, daß er sich
in Relation zum elektrischen Feld positionieren läßt. Eine
derartige Strahlablenkungsvorrichtung kann vor dem Objekt, zwischen
Objekt und Objektiv oder zwischen Objektiv und der Objektivbrennebene
des Nullstrahls angeordnet sein. Es kann sich dabei um eine Einrichtung
zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und/oder eines magnetischen
Feldes handeln, mit der sich der Nullstrahl in die optimale Position
zu dem phasenverschiebenden Feld bringen läßt. Durch die vorgenannten
Felder werden natürlich
auch die gebeugten Strahlen erfaßt und mit dem Nullstrahl justiert.
Dies muß auch
sein, da ihre Zentralsymmetrie zum Nullstrahl für die Wiederüberlagerung
erhalten bleiben muß.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Elektronenmikroskops sieht vor, daß eine Detektoreinrichtung sowie
eine Bildauswertungs- und Regelungseinrichtung vorgesehen sind,
mittels derer der Bildkontrast erfaßt und die Spannung zur Erzeugung
des elektrischen Feldes geregelt wird. Weiterhin kann vorgesehen
sein, daß diese
Einrichtungen die Positionierung des Endes des abgeschirmten Leiters
in Relation zum Nullstrahl mittels der Stellmechanik und/oder die Positionierung
des Nullstrahls zum Ende des abgeschirmten Leiters mittels der Strahlablenkungsvorrichtung
vornehmen. Diese Einstellungen werden mittels der Regeleinrichtung
so lange vorgenommen, bis ein optimaler Bildkontrast erzielt ist.
Ein entsprechend ausgebildetes Programm sorgt dabei für ein schnelles
Auffinden der optimalen Einstellungen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausfürungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops mit
einer Phasenplatte,
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2 die
Elektrodenspitze einer erfindungsgemäßen Phasenplatte im Schnitt
mit elektrischem Feld und Nullstrahl und
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3 und 4 eine
Phasenplatte mit Träger
und Stellmechanik.
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1 zeigt
eine Prinzipdarstellung eines Elektronenmikroskops 12 mit
einer erfindungsgemäßen Phasenplatte 1,
die als Elektrode 1' ausgebildet ist.
Bezüglich
des Elektronenmikroskops 12 sind nur die wesentlichen Bestandteile
dargestellt, wobei auch die Strahlerzeugung und der Bereich der
Formung des Strahls weggelassen wurden. Nur der darunterliegende
Röhrenteil
des Elektronenmikroskops 12 ist dargestellt, welcher eingelagert
in die Gehäusewand 8 ein
Objektiv 13, eine Projektionslinse 14, den Bildschirm 16 und
Detektoreinrichtungen 17 beziehungsweise 17' enthält. Auf
die Darstellung eines Zwischenlinsensystems oder sonstiger Einrichtungen
wurde ebenfalls verzichtet.
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Der
Elektronenstrahl 3 ist auf ein Objekt 2 gerichtet
und wird dort teilweise gebeugt, so daß neben dem Nullstrahl 4 gebeugte
Elektronenstrahlen 5, 5' entstehen. Die Strahlen 4, 5, 5' werden durch
das Objektiv 13 gebrochen, wobei die Brennpunkte der Strahlen 4, 5, 5' in der Objektivbrennebene 15 des Nullstrahls 4 liegen.
Beispielhaft wurden dabei nur zwei um 180° versetzten Brennpunkte von
gebeugten Strahlen 5, 5' einer Beugungsordnung eingezeichnet.
Die Bezeichnung Objektivbrennebene 15 des Null strahls 4 wurde
gewählt,
weil dessen Brennpunkt, wenn es zu – wenn auch geringfügigen – Abweichungen
zu den Brennpunkten gebeugter Strahlen 5, 5' kommt, den
Bezugspunkt bildet. Die Brennpunkte der gebeugten Elektronenstrahlen 5, 5' liegen von
dem Brennpunkt des Nullstrahls 4 in radialer Richtung entfernt,
wobei der Brennpunkt des Nullstrahls 4 den Mittelpunkt
bildet und außerhalb
von den Brennpunkten aller gebeugter Elektronenstrahlen 5, 5', die in der
Regel ein zentralsymmetrisches Muster bilden, abgestuft nach den
Beugungsordnungen umgeben ist. Diese Tatsache wird dazu genutzt, mittels
der Phasenplatte 1 mit der Elektrode 1' ein kleines
elektrisches Feld 6 (siehe 2) zu erzeugen,
das im Wesentlichen nur den Nullstrahl 4 erfaßt, womit
dieser derart phasenverschoben werden kann, daß sich bei der Bildgebung auf
der Projektionsfläche 16 oder
der Detektoreinrichtung 17 oder 17' durch Amplitudenverstärkung bei
der Wiederüberlagerung der
Strahlen 4, 5, 5' ein kontrastreiches Bild ergibt.
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Um
zu gewährleisten,
daß das
elektrische Feld 6 im wesentlichen nur den Nullstrahl 4 erfaßt, ist es
zweckmäßig, wenn
eine Nachjustierung möglich ist,
da die einzuhaltende äußerst geringe
Distanz sich durch kleinste Einflüsse verändern kann. Darum wird vorgeschlagen,
daß die
Elektrode 1' mit
dem Träger 20 eine
Steilmechanik 24 aufweist, durch die es möglich ist,
das Ende 9 des abgeschirmten Leiters 7 (siehe 2)
in Relation zum Brennpunkt des Nullstrahls 4 nachzujustieren.
Die Steilmechanik 24 ist dabei nur symbolisch dargestellt.
Alternativ oder gleichzeitig kann eine solche Nachjustage auch dadurch
erzielt werden, daß eine
Strahlablenkungsvorrichtung 25 vorgesehen ist. Diese ist
in Strahlenrichtung der Objektivbrennebene 15 des Nullstrahls 4 vorgeordnet und
derart beschaffen, daß sie
durch die Erzeugung eines entsprechenden elektrischen oder magnetischen
Feldes den Strahlengang 4, 5, 5' um sehr geringe
Maße derart
verschieben kann, daß sich
der Brennpunkt des Nullstrahls 4 in einer optimalen Positionierung
zum elektrischen Feld 6 befindet. Diese Positionierung
ist in 2 vergrößert gezeichnet.
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Zur
Vollständigkeit
wurde noch ein Sichtfenster 19 eingezeichnet, durch das
auf der Projektionsfläche 16 das
durch den Elektronenstrahl 3 erzeugte Bild unmittelbar betrachtet
werden kann. Nicht eingezeichnet ist die Steuerung, welche das Bilderzeugungsverfahren
durchführt,
indem sie mittels der durch die Detektoreinrichtung 17 gewonnenen
Informationen ein rekonstruiertes Bild auf einem ebenfalls nicht
eingezeichneten Bildschirm erzeugt
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Zusätzlich zur
Detektoreinrichtung 17 kann auch eine mit dieser identischen
oder von dieser unterschiedlichen Detektoreinrichtung 17' vorgesehen sein,
die dazu dient, die Positionierung des Nullstrahls 4 zum
elektrischen Feld 6 sowie die Stärke des elektrischen Feldes 6 zu
regeln, indem der Bildkontrast erfaßt wird und die genannten Größen zur Erzielung
eines optimalen Bildkontrastes eingestellt werden.
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2 zeigt
die Elektrodenspitze einer Phasenplatte 1 im Schnitt mit
elektrischem Feld 6 und Nullstrahl 4. Dabei befindet
sich der Nullstrahl 4 in der optischen Achse 18,
die auch in 1 eingezeichnet ist. Mit den
vorgenannten Mitteln ist es möglich,
das Ende 9 des abgeschirmten Leiters 7 derart
exakt zu positionieren, daß das
elektrische Feld 6 außer
dem Nullstrahl 4 nur sehr wenige gebeugte Elektronenstrahlen 5, 5' miterfaßt. Das
elektrische Feld 6 kann dadurch noch etwas genauer lokalisiert
werden, daß der
die Innenelektrode bildende Leiter 7 gegenüber der
Abschirmung 10 eine Zurückversetzung 22 aufweist,
da das Feld 6 auf diese Weise noch mehr begrenzt werden
kann. Die Elektrode 1' besteht
aus dem Leiter 7, einem Isolator 11 und der Abschirmung 10,
wobei der Querschnitt der Elektrode 1' kleinstmöglich ausgebildet wird, um
das elektrische Feld 6 möglichst im Bereich des Brennpunktes
des Nullstrahls 4 zu lokalisieren.
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Die 3 und 4 zeigen
eine Phasenplatte 1, bei der die Elektrode 1' durch einen
Träger 20 gehalten
ist, welcher mittels einer Befestigung 8, beispielsweise
einer Halterung 21 an der Gehäusewand 26 des Elektronenmikroskops 12 befestigt
ist. Der Träger 20 weist
im Bereich der Gehäusewand 26 einen
relativ breiten Querschnitt auf und verjüngt sich in Richtung der optischen
Achse 18. Auf diese Weise ist überall der statisch notwendige
Querschnitt vorhanden und die Abschirmung von Strahlen 5, 5' durch den Träger 20,
insbesondere in der Nähe
der optischen Achse 18, wird auf ein Minimum reduziert.
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Dies
wird noch dadurch verbessert, daß die Elektrode 1' gegenüber dem
Träger 20 einen Überstand 23 aufweist,
der derart bemessen ist, daß sich die
Elektrode 1' in
diesem Bereich selbst tragen kann. Mit dem eingezeichneten Kasten
ist symbolisch eine Stellmechanik 24 eingezeichnet, durch
die es möglich
ist, das Ende 9 des abgeschirmten Leiters 7 und
damit das Feld 6 in die optimale Position zum Nullstrahl 4 zu
bringen.
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Die
Darstellung in der Zeichnung ist selbstverständlich nur beispielhaft. Die
erfindungsgemäße Phasenplatte 1 kann
natürlich
bei verschiedensten elektronenoptischen Bildgebungen eingesetzt
werden, die mitunter auch anders aufgebaut sind, wie das dargestellte
Elektronenmikroskop 12. Auch die Gestaltung der Elektrode 1' sowie des Trägers 20 können unterschiedlich
sein, insbesondere kann die Querschnittsfläche der Elektrode 1' verschieden
ausgebildet sein, man kann eine runde, quadratische oder rechteckige
Form wählen.
Auch kann vorgesehen sein, daß zur
Erzeugung eines möglichst
kleinen elektrischen Feldes 6 die Elektrode 1' nicht auf ihrer ganzen
Länge den
gleichen Querschnitt aufweist, sondern eine Spitze besitzt, die
sich noch zu einem kleineren Querschnitt verjüngt. Erfindungswesentlich ist
letztendlich nur, daß es
keinerlei Abschattung gibt, die zum Nullstrahl 4 zentralsymmetrisch
um 180° versetzt
ist. Alle Ausgestaltungen, die diese Bedingung erfüllen, machen
vom Grundgedanken der Erfindung Gebrauch.
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- 1
- Phasenplatte
- 1'
- Elektrode
- 2
- Objekt
- 3
- Elektronenstrahl
- 4
- Nullstrahl
- 5,
5'
- gebeugte
Elektronenstrahlen
- 6
- elektrisches
Feld
- 7
- abgeschirmter
Leiter
- 8
- Befestigung
(z. B. an der Gehäusewand)
- 9
- Ende
des abgeschirmten Leiters
- 10
- Abschirmung
- 11
- Isolator
- 12
- Elektronenmikroskop
- 13
- Objektiv
- 14
- Projektionslinse
- 15
- Objektivbrennebene
des Nullstrahls
- 16
- Projektionsfläche
- 17,
17'
- Detektoreinrichtung
- 18
- optische
Achse
- 19
- Sichtfenster
- 20
- Träger
- 21
- Halterung
- 22
- Zurückversetzung
- 23
- Überstand
- 24
- Steilmechanik
- 25
- Strahlablenkungsvorrichtung
- 26
- Gehäusewand